EVALUASI KINERJA METODEDIRECT DISPLACEMENT BASED DESIGN DAN FORCE BASED DESIGNPADA BANGUNAN VERTICAL SETBACK 6 LANTAI

Transkripsi

1 EVALUASI KINERJA METODEDIRECT DISPLACEMENT BASED DESIGN DAN FORCE BASED DESIGNPADA BANGUNAN VERTICAL SETBACK LANTAI Stefany Marsilea Glorie, Victor Luis,Ima Muljati, Pamuda Pudjisuryadi ABSTRAK : Metode Force Based Design (FBD) yang biasa digunakan untuk mendesain bangunan tahan gempa ternyata disadari memiliki beberapa kelemahan fundamental. Sebuah metode baru bernama Direct Displacement Based Design (DDBD) dirancang dengan langkah langkah yang lebih efektif untuk menjawab kelemahan FBD. Penelitian ini dilakukan untuk menggunakan metode DDBD dan FBD dalam mendesain bangunan vertical setback sampai memverifikasi hasil kinerjanya. Bangunan lantai yang diuji ini diletakkan pada wilayah dan peta gempa Indonesia. Hasil kinerja kedua metode dianalisis dengan metode Time History Non Linear. Kedua metode ini memiliki penyimpangan hasil pada daerah setback bangunan. Tetapi, evaluasi penelitian menyatakan bahwa kinerja metode DDBD lebih mendekati performa yang ditargetkan daripada metode FBD. KATA KUNCI: DDBD, FBD, vertical setback. PENDAHULUAN Gempa bumi merupakan bencana alam yang tidak dapat diprediksi dan seringkali membuat manusia putus asa. Banyak kerugian yang terjadi akibat gempa bumi, seperti hilangnya nyawa manusia dan kerusakan kerusakan bangunan. Sebagai tindakan untuk meminimalisasi kerugian tersebut, manusia membutuhkan prosedur desain bangunan yang baik.banyak prosedur desain bangunan yang sudah diujicobakan dan direalisasikan di dunia saat ini. Salah satu prosedur itu dikenal dengan nama Force Based Design (yang selanjutnya disebut FBD). Metode FBD lebih mengarah pada bagaimana menentukan kekuatan yang diperlukan (kuat perlu) bangunan berdasarkan beban gempa yang terjadi. Namun, menurut M.J.N. Priestley (), salah satu peneliti yang mempertanyakan filosofi dasar FBD, beliau menemukan kelemahan kelemahan yang bersifat fundamental dari metode tersebut.beranjak dari hal itu, maka muncullah sebuah metode baru bernama Direct Displacement Based Design (yang selanjutnya disebut DDBD)untuk mengatasi kelemahan metode FBD. Metode DDBD ini menjadi displacement sebagai acuan menentukan kekuatan yang diperlukan bangunan terhadap beban gempa rencana. Pada penelitian kali ini akan dibahas mengenai evaluasi kinerja metode DDBD dengan FBD pada bangunan vertical setback lantai. Di mana bangunan dengan ketidakberaturan vertikal sendiri menjadi tantangan dalam proses mendesainnya. Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil Universitas Kristen Petra Surabaya, stefanymg@ymail.com. Mahasiswa Program Studi Teknik Sipil Universitas Kristen Petra Surabaya, vincentius.victor.@gmail.com. Dosen Program Studi Teknik Sipil Universitas Kristen Petra Surabaya, imuljati@peter.petra.ac.id. Dosen Program Studi Teknik Sipil Universitas Kristen Petra Surabaya, pamuda@petra.ac.id.

2 Denah bangunan yang diteliti, yaitu bangunan vertical setback lantai dapat dilihat pada Gambar.. +. STORY STORY +. Y STORY +. STORY +. STORY STORY X BASE ±. 8 8 A B C A B C Gambar. Denah Struktur dan Elevasi Bangunan LantaiVertical Setback. PROSEDURDESAINDDBD Langkah :Menentukan displacement target (ΔΔ c ) yang ditentukan dari drift limit dari peraturan atau strain limit dari material secara SDOF. Kemudian, setelah itu displacement target maksimum per lantai yang digunakan sebagai representasi dari SDOF untuk analisis MDOF. Langkah : Mendefinisikan target displacement shape (Persamaan ()) dan mereduksi struktur MDOF menjadi struktur SDOF dengan equivalent design displacement (Δ d ) pada ketinggian efektif ekuivalen (H e ) dan massa efektif (m e ), seperti pada Gambar. Gambar.Permodelan SDOF dari Bangunan Bertingkat (Massena et.al, ) Target desain displacement setiap lantai i didapatkan dengan menggunakan shape vector dari persamaan, berdasarkan skala dari critical story displacement c dan mode shape at the critical story level δ c. Target desain displacement dari setiap lantai didapatkan dari : () untuk n : ; untuk n : - () dimana H i tinggi tiap lantai, H n tinggi total bangunan. Equivalent desain displacement didapatkan dari : dimana m i massa pada lantai ke-i. The mass of substitute structure m e dan tinggiefektifh e diberikan dengan persamaan:

3 n n m e = m i i () i= H e = m i i H i m i i () i= n i= Langkah : Memperhitungkan pengaruh higher mode effect. Pengaruhya sangat ditentukan oleh tinggi bangunan dan dapat dilihat pada persamaan:,.δ dimana:,,, jika ω θ lebih besar nilainya dari, maka Persamaan () yang digunakan dalam menentukan equivalent design displacement(persamaan ()), m e (Persamaan ()), dan H e (Persamaan ()). Langkah :Mengestimasikan level dari equivalent viscous damping ξ eq. Untuk mendapatkan equivalent viscous damping ξ eq harus diketahui terlebih dahulu displacement ductility μ dari struktur. μ= d (8) y Yield displacement y didapatkan dari : y M θ y M θ y. H M M e (9) θ y =.ε y L b H b () θ y =.ε y L b H b () Dimana M dan M adalah momen dari bentang luar dan dalam, rotasi dari balok,ε y strain dari tulangan baja, L b dan H b adalah panjang dan tinggi balok. Equivalent viscous damping ξ eq didapatkan dari : ξ eq =.+.. μ- () μπ Langkah : Effective period (T e ) bisa didapatkan dari equivalent design displacement(δ d ) dari langkah dan equivalent viscous damping (ξ eq )dari langkah. d Gambar. Design Displacement Spectrum(Sullivan & Calvi (9))

4 Dari Gambar, maka effective period T e didapatkan dari :,,,, % Δ, dimana T D adalah corner periodyang besarnya diambil sebesar detik, Δ d,ξ displacement demand untuk level dari equivalent viscous damping ξ eq. Langkah : Menentukan kekakuan efektif K e dari struktur SDOF dan design base shear V base. Effective stiffnes K e didapatkan dari : Design base shear V base didapatkan dari : Δ Langkah : Mendistribusikan design base shear secara vertikal dan horizontal ke elemen-elemen penahan beban lateral. n F i =V base m i i m i i () i= Langkah 8: Mengecek pengaruh P-Δ pada struktur SDOF, lihat Gambar. Pengaruh P-Δ bisa diabaikan kalau yang terjadi sangat kecil. Besar kecilnya pengaruh P-Δ dilihat dari stability index.. Δ dimana: Gambar. Pengaruh P-Δ pada SDOF (Priestley, et al ()) Jika θ Δ, maka Persamaan () boleh dipakai karena pengaruh P-Δ bisa diabaikan. Jika θ Δ >, maka Persamaan () digantikan dengan persamaan: Δ C. P. Δ dimana C konstanta, untuk struktur beton bertulang bernilai,.. METODOLOGI PENELITIAN Berikut ini merupakan tahapan-tahapan penelitian :. Dilakukan desain gempa dengan metode DDBD dan FBD. metode DDBD dihitung secara manual dengan menggunakan program Microsoft Excel. Struktur dihitung secara tiga dimensi kemudian dikonversikan menjadi dua dimensi, yakni analisis dilakukan pada setiap portal arah x dan arah y. Analisis lebih lanjut dilakukan dengan cara-cara yang telah 8 9

5 dijelaskan pada bagian.pada metode FBD, analisis awal dilakukan dengan permodelan di ETABS V.9.. (CSI, ).Setelah permodelan selesai, program ETABS V.9.. (CSI, ) di-run dan hasilnya diolah lebih lanjut dengan bantuan program Microsoft Excel. Desain dilakukan dengan Response Spectrum. Semua beban gravitasi untuk kedua metode adalah sama. Beban gempa mengikuti ketentuan prosedur masing-masing desain.. Untuk prosedur DDBD dilakukan desain kapasitas sesuai dengan rekomendasi dari Priestley et.al (), untuk balok gaya dalam yang terjadi diambil yang terbesar antara gaya gempa dan gravitasi. Sedangkan untuk kolom gaya dalam didapatkan dari balok yang diperbesar dengan faktor omega sesuai dengan syarat-syarat yang sesuai dengan rekomendasi Priestley et.al ().Untuk prosedur FBD dilakukan pemodelan struktur, bangunan dianalisis secara statis dan dihasilkan gayagaya dalam berdasarkan 8 kombinasi pembebanan. Tulangan longitudinal balok dan kolom plastis didesain terhadap momen ultimate. Tulangan transversal seluruh komponen struktur didesain dengan momen probable akibat tulangan terpasang. Desain tulangan tersebut dicek rasio tulangannya sesuai SNI Evaluasi hasil kinerja terhadap struktur berdasarkan analisis dinamis Time History Non Linear dengan menggunakan program SeismoStructV.(SeismoSoft, )berupa displacement, drift ratio, lokasi sendi plastis, dan pola keruntuhan yang terjadi. Hubungan moment-curvature untuk balok dan kolom ditentukan dengan program CUMBIA (Montejo, ). Output hinge properties dari CUMBIA(Montejo, ) merupakan input untuk analisis time history nonlinear dengan program SeismoStruct V. (SeismoSoft, ).. HASIL PENELITIAN DAN ANALISIS Hasil penelitian berupa evaluasi kinerja yang memperlihatkan perbandingan hasil yang diperoleh antara DDBD dan FBD meninjau dari angka deviasi untuk parameter displacement, drift ratio, shear kolom, momen kolom. Gambar dan memperlihatkan angka deviasi pada Wilayah dan yaitu berupa perbandingan antara hasil analisis Time History Non Linear dibagi dengan angka yang ditargetkan. Angka deviasi yang semakin mendekati menunjukkan semakin baik pula kinerja metode tersebut. Deviasi Displacement Maksimum Wilayah Deviasi Drift Maksimum Wilayah Gambar. Grafik Pada Wilayah

6 Deviasi Total Shear Wilayah Deviasi Total Momen Wilayah Gambar. (lanjutan) Deviasi Displacement Maksimum Wilayah Deviasi Drift Maksimum Wilayah.... Deviasi Total Shear Wilayah..... Deviasi Total Momen Wilayah Gambar. Grafik Pada Wilayah

7 Tabel memperlihatkan hasil matriks dari evaluasi terhadap angka deviasi dari kedua wilayah yang diteliti. Kode D sebagai displacement, Dr sebagai drift ratio, S sebagai total shear, M sebagai total momen dari bangunan. Tabel. Matriks Evaluasi Kinerja Metode DDBD dan FBD Wilayah Wilayah Angka Arah X Arah Y Arah X Arah Y Deviasi D Dr S M D Dr S M D Dr S M D Dr S M DDBD FBD Evaluasi Kinerja Tabel menunjukkan angka Damage Indexdari hasil analisis Time History Non-Linear yang kinerjanya diukur berdasarkan standar ACMC. Struktur Bangunan Tabel. Angka Damage Index Performance Level Damage First Serviceability Safety Unacceptable Control Yield Limit State Limit State Limit State Limit State TH TH TH TH TH DDBD Wilayah DDBD Wilayah FBD Wilayah FBD Wilayah Damage Index Maksimum <,, -,, -,, - > Keterangan : = angka Damage Index berada pada kisaran nilai tersebut Angka Daktilitas Tabel memperlihatkan angka daktilitas yang terjadi (μ terjadi) dari analisis pushover dibandingkan dengan daktilitas rencana (μ rencana) untuk setiap metode. Metode DDBD FBD Wilayah Gempa Tabel. Daktilitas Struktur dari Pushover analisis d y u y (m) (m) (m) (m) μ Terjadi μ Rencana Wil. arah x,,8,,,, Wil. arah y,,8,9,9,, Wil. arah x,,,,8,, Wil. arah y,,,,8,, Wil. arah x - -,,9, Wil. arah y - -,8,9, Wil. arah x - -,,,9 Wil. arah y - -,,8,9

8 . KESIMPULAN Berdasarkan evaluasi kinerja struktur yang dihasilkan dari proses analisis Time History Nonlinear dan Pushover, performa dari bangunan vertical setback lantai yang direncanakan untuk metode DDBD dan FBD dapat disimpulkan:. Dalam proses mendesain dengan prinsip strong column weak beam, mekanisme beam side sway terjadi pada kedua metode yang digunakan.. Kedua metode tersebut menghasilkan kinerja struktur yang cukup baik, namun metodeddbd menghasilkan hasil yang lebih mendekati target desain. Hal ini ditunjukkan dalam hasil analisis Time History Non-Linear pada displacement, shear kolom, dan momen kolom. Dan juga hasil analisis Pushover untuk angka daktilitasnya.. Drift yang dihasilkan dari bangunan dengan metode DDBD melebihi target desain yang direncanakan, khususnya ada perbesaran drift di daerah setback. Namun, drift tersebut masih dalam batas toleransi %, batas safety limit yang direncanakan.. DAFTAR REFERENSI ACMC. (). Asian Concrete Model Code Level & Documents. Tokyo. Author. Computer and Structures, Inc. (). ETABS v9., Extended Three Dimensional Analysis of Building System. Berkeley, California, USA. Author. Massena, B., Bento, R., Degee, H. (). Assessment of Direct Displacement-Based Seicmic Design of Reinforced Concrete Frames. WCEE USBOA. Montejo, L. A. (). CUMBIA. Department of Civil, Construction, and Environmental Engineering. North Carolina State University, USA. North Carolina. Priestley, M.J.N, Calvi, G.M dan Kowalsky, M.J. (). Displacement-Based Seismic Design of Structure. IUSS Press. Pavia. SeismoSoft, SeismoStruct - A Computer Program for Static and Dynamic Nonlinear Analysis of Framed Structures, available from URL: SNI--:Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Rumah dan Gedung.(). Badan Standarisasi Nasional.Jakarta. SNI -8-: Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung. (). Badan Standarisasi Nasional. Jakarta. Sullivan, T.J., Calvi, G.M., (9). A Model Code for Displacement-Based Seismic Design of Structure. IUSS Press. Pavia. 8